时江东孙权因受曹操攻击，请刘备回兵相救。刘备以此向刘璋借兵一万，并请求资助军粮器械等物，但刘璋只给兵四千，辎重物资亦只给其半。刘备乘机激怒部下将士说，我们为刘璋征强敌，他却吝惜财物，这怎么让人为他出力死战呢!与此同时，刘璋谋士张松因暗通刘备，谋取益州之事泄漏，被刘璋斩首，刘璋又命益州各地关戍，不许刘备通过。 copyright www.jirehuo.com
刘备大怒，杀掉刘璋派驻白水关（今四川广元东北，益州北边门户）的大将杨怀、高沛，将其军队据为己有，并进据涪城（今四川绵竹东北），向刘璋发动进攻。次年五月，刘璋派大将刘璝、冷苞、张任、邓贤等率兵迎击，皆被刘备杀败，刘璝等退保绵竹（今属四川）。刘璋又派护军李严、费观到绵竹督诸军抵抗，李、费二人却率众投降刘备。刘备军势更盛，分军四下平定附近属县。刘璝、张任等又退守雒城（今四川广汉），刘备进军追击，杀死张任，围攻雒城。因攻雒城不能下，于是命镇守荆州的诸葛亮等沿江西进，共取益州。
建安十九年，诸葛亮与大将张飞、赵云沿江而上，攻克益州巴东郡（今四川奉节东），随后张飞、赵云分兵二路，攻占江阳（今四川泸州）、犍为（今四川彭山）、巴西（阆中，今属四川）、德阳（今四川遂宁）等地。
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一年以后刘备终于占领雒城。诸葛亮、张飞、赵云等率军与刘备会师，进围成都（今属四川）。刘备遣从事中郎简雍入成都劝降。
时城中有精兵三万，粮食可用一年，军民准备誓死抗战。但刘璋无心再战，于是开城投降。刘备进入成都，将刘璋迁回自己的大本营荆州，自领益州牧。
于是，刘备占据益州，为后来建立蜀汉政权打下了基础。